Un quadriplace motorisé par pile à combustible à l’horizon 2020 ?
Tom Neuman est désormais un ingénieur travaillant au centre technique de Toyoyta, dans le Michigan. Sa participation et sa victoire, l’an passé, à un concours lancé par la Nasa pour un projet d’avion électrique ont sans doute participé à la décision de l’embaucher.
Fin 2014, la Nasa avait lancé une compétition ouverte aux étudiants et élèves-ingénieurs pour susciter des projets d’avion électrique devant répondre à un cahier des charges, dont notamment être quadriplace, utiliser une motorisation tout électrique et être apte à être produit en série dans les cinq années à venir (2020), afin de ne pas solliciter des projets trop « futuristiques ».
Tom Neuman était alors élève ingénieur aéronautique au Georgia Institute of Technology, dans l’Atlanta. Après avoir analysé les données du problème, il a décidé de ne pas retenir une alimentation électrique faisant appel à des batteries, jugées trop lourdes et peu efficaces (un rapport de 1 à 10 par rapport à un moteur thermique alimenté par carburant) tout en n’offrant que des autonomies faibles.
Or, il fallait imaginer un appareil réaliste en terme de performances – le cahier des charges de la Nasa indiquait 1.400 km de distance franchissable et une vitesse de croisière de 175 Kt… – en allant plus loin que les prototypes uniques – dont le quadriplace Taurus G4 – ayant participé en 2011 au Green Flight Challenge (GFC) une autre compétition organisée par la Cafe Foundation et « sponsorisée » par la Nasa. Les meilleurs concurrents, avec des motorisations électriques alimentées par batteries, avaient alors réalisé des vols de près de 2 heures à une vitesse moyenne de 160 km/h, révélant la marche à grimper pour répondre au cahier des charges.
Partant de ces données et en s’inspirant de l’eGenius de 2011 réalisé par l’équipe de l’université de Stuttgart – un Pipistrel Taurus modifié pour recevoir en sommet de dérive son pod moteur et une hélice de grande diamètre – Tom Neuman a imaginé son quadriplace dénommé Vapor. Les deux hélices, de grand diamètre, constituent une solution aérodynamiquement efficace, avec des régimes de rotation faibles, limitant d’autant le niveau sonore. Les hélices « travaillent » dans de l’air non perturbé et ce sans « souffler » le fuselage (diminution de la traînée) et avec une aile « pure ». Leur emplacement permet de plus de limiter la hauteur du train d’atterrissage, rétractable, et donc son poids.
Ayant pris le SR-22 comme étalon, la première solution envisagée par le futur ingénieur a fait appel à des batteries lithium-ion (un pack de 460 kg soit l’équivalent du 6-cylindres Continental IO-550N de 310 ch ou 230 kW et de la quantité de 100LL embarquée dans les ailes du Cirrus). Résultat : une autonomie n’atteignant pas plus d’une demi-heure. Même avec l’amélioration escomptée dans les années à venir des batteries en terme d’énergie massique, les performances visées ne pouvaient être atteintes. D’où le passage à la pile à combustible (hydrogène) avec la solution technique reprenant largement le système utilisé par la Toyota Mirai de 2015, jugé supérieur à celui évalué par Boeing en 2008 sur un Diamond HK36 Super Dimona.
En remplaçant le Continental et son carburant par ce système à pile combustible, pour une masse comparable, Tom Neuman est arrivé à la conclusion que la distance franchissable pouvait être atteinte en concédant une vitesse de croisière un peu moins élevée que souhaitée, soit 150 Kt et non pas 175 Kt. Son raisonnement a dû convaincre le jury de la Nasa puisque constituant la seule équipe en compétition à ne compter qu’un… seul membre, il a remporté le concours. Mais de là à voir son Vapor être produit en 2020… ♦♦♦
Photo © Nasa